[原創(chuàng)]硬件安全IC以低成本實現(xiàn)高回報

系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)很容易導致敏感信息遭受攻擊，這也促使人們迫切地尋求提供系統(tǒng)安全性設計的方案。雖然大家在很大程度上依賴基于軟件的網(wǎng)絡安全手段，但基于硬件的方案則具有更強大的獨特保護措施，并以較低的成本提高信任度。高性價比硅解決方案的出現(xiàn)使設計者能夠強化設計，大大降低非法侵入嵌入式裝置、外設及系統(tǒng)的風險，而對整體成本的影響則微乎其微。

我們假設這樣一個場景：憑借最先進的無線起搏器提供穩(wěn)定的脈沖流，確保心肌收縮同步，心臟病人能夠在家中安逸的休息。他并不知道，一隊投機黑客已經(jīng)誤打誤撞地闖入其起搏器系統(tǒng)的IP地址，并在其中安裝了各種滲透工具。起搏器保護安全后臺，擊敗每次攻擊，保持既定信號的供應，直到黑客知難而退、繼續(xù)尋求比較容易攻擊的目標。而病人仍在安寧的休息，并未意識到這些攻擊的存在。

盡管這是一個虛擬場景，但很好地說明了現(xiàn)實生活中的潛在危險。實際上，F(xiàn)DA最近關(guān)于醫(yī)療器械漏洞的警告已經(jīng)引起人們對受信任系統(tǒng)的極大關(guān)注，該系統(tǒng)能夠為所有聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療裝置提供安全基礎。據(jù)報道，當前的汽車電子控制系統(tǒng)，甚至是無線交通管理系統(tǒng)存在類似的薄弱環(huán)節(jié)，這些對健康、安全性相對敏感的系統(tǒng)很容易受到攻擊。不可思議的是，與這些健康和安全系統(tǒng)遭受攻擊后所造成的有形或無形損失相比，在設計中增加一級合理的可靠、安全保護的成本幾乎可以忽略不計。

數(shù)十年來，信任系統(tǒng)協(xié)議——無論是計算機系統(tǒng)，還是樓宇系統(tǒng)——都依賴于分層的資源保護，僅僅限制授權(quán)用戶、軟件過程或其它硬件裝置的訪問。受保護的資源需要對請求實體的身份進行安全認證或驗證，才允許訪問。

雖然用于設備接入保護的安全認證方法取決于多種安全認證要素，包括門禁卡、登錄密碼以及生物信息檢測，傳統(tǒng)的安全認證技術(shù)已經(jīng)落后于對個人計算機系統(tǒng)及設備訪問安全性的需求。即使現(xiàn)在，計算機系統(tǒng)的安全性也在很大程度上依賴于簡單的ID和密碼，而ID和密碼容易被破解，使系統(tǒng)暴露于病毒之下，并且更加狡猾的病毒軟件能夠在一定時間周期內(nèi)快速入侵并竊取所謂安全的資產(chǎn)。

實際上，在對廠商的警告中，F(xiàn)DA把薄弱的密碼保護認定為系統(tǒng)安全的關(guān)鍵：“不受控制的密碼分發(fā)、禁用密碼，用于訪問私有設備(及管理員、技術(shù)和維護人員)的軟件采用固定密碼?！?/p>

實際上，涉及任何健康和安全的設備都要求部署比傳統(tǒng)ID和密碼可靠得多的安全認證方法；對于傳統(tǒng)方法，用戶非常熟悉，當然，黑客也非常熟悉。

有效的安全認證

更有效的安全認證方法需要主機系統(tǒng)產(chǎn)生隨機質(zhì)詢。例如，不是傳統(tǒng)的質(zhì)詢——“請輸入密碼”，質(zhì)詢可能是一個看起來隨機的字符串。然后，請求實體發(fā)送一個編碼的響應，其中包括一個信息驗證代碼(MAC)，該代碼的計算中不但使用請求實體內(nèi)部數(shù)據(jù)和密碼，而且使用從主機接收的特定隨機質(zhì)詢。接下來，主機將接收到的MAC響應與預期響應進行比較，驗證對方是否為合法實體。

利用這種更加可靠的質(zhì)詢-響應安全認證方法，無線起搏器，能夠確認接收到的MAC是否有效，確保正在通信的主機是合法的，然后再更改脈沖率。在轎車、卡車或重型機械中，汽車的電子控制單元可以按照提供有效MAC的嵌入式裝置接收到的數(shù)據(jù)流響應緊急狀況。

過去，尋求部署更高安全措施的公司不得不選擇可靠但昂貴的硬件，例如獨立的加密保護單元，或采用很有局限的軟件方案。軟件實現(xiàn)高級質(zhì)詢-響應的方法可能會大幅增加主機處理器的負載，潛在地威脅主機系統(tǒng)的安全響應和總體性能。除了這些運營問題，軟件方案仍然具有任何系統(tǒng)安全架構(gòu)都存在的薄弱環(huán)節(jié)。密匙保存在常規(guī)的系統(tǒng)存儲器，容易被發(fā)現(xiàn)和更改，而算法本身運行在更加通用的硬件上，不能確保質(zhì)詢的完全隨機性，甚至泄露。這種組合潛在地將應用暴露于攻擊之下，黑客可通過不斷掃描，利用技術(shù)和社交途徑進行攻擊。

與基于軟件的安全方法相比，實現(xiàn)安全方法的專用IC具有多種優(yōu)勢。專用加密芯片分擔主機MCU的處理負載，使其無需執(zhí)行苛刻的加密算法。此外，這些安全IC減少黑客的攻擊點，為數(shù)據(jù)提供安全存儲，例如密匙和代表共享密匙的加密參數(shù)。通過保護安全加密數(shù)據(jù)和算法，這些器件能夠應對軟件安全方法中難以管理的威脅。

在更基礎的層面，硅保護方案提供了高信任度的基礎，允許工程師構(gòu)建更高層應用，合理保證算法和數(shù)據(jù)的底層安全。實際上，如下文所述，在硅中創(chuàng)建高可靠性保障，最終不僅依賴于硅器件本身的安全，而且依賴于源頭生產(chǎn)、分發(fā)渠道的安全。

安全IC

專用安全認證器件，例如Maxim Integrated的DeepCover安全認證器，充分利用了Maxim的DeepCover嵌入式安全方案所獨有的物理保護機制。這些安全認證器件利用多層高級物理安全保護敏感數(shù)據(jù)。攻擊者面對采用縱深防御安全措施的器件，為成功攻擊的成本和